From molten globule to swollen coil: Simulations of a lone polymer chain in an explicit solvent
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
S-114
Degree programme
Language
en
Pages
xii + 73 s. + liitt. 16
Series
Abstract
Polymeerit ovat suuria ketjumaisia molekyylejä, joissa useat pienemmät molekyylit eli monomeerit ovat liittyneet toisiinsa kemiallisin sidoksin. Polymeeriketjun pituus on selvästi yksittäisen monomeerin kokoa suurempi. Polymeeriliuosten fysikaaliset ominaisuudet määräytyvät pitkälti ketjujen konformaatioiden perusteella, ja siksi niillä on monia kiehtovia ominaisuuksia, joita ei havaita yksinkertaisilla nesteillä. Eräs näistä on ketjujen muodonmuutos pisaramaisesta konformaatiosta löyhäksi vyyhdeksi, kun liuottimen laatu muuttuu huonosta hyväksi. Tällä transitiolla on selvä vaikutus myös polymeeriliuoksen makroskooppisiin ominaisuuksiin. Tässä diplomityössä läpikäyn joitakin teoreettisen polymeerifysiikan perusteita. Lisäksi käsittelen molekyylidynamiikaksi kutsutun simulaatiomenetelmän teoriaa ja erityisesti niitä haasteita, joita kohdataan pyrittäessä simuloimaan epätasapainossa olevia tai epä-Hamiltonisia systeemejä. Molempien kokonaisuuksien esittelyssä pyrin yksityiskohtaiseen analyyttiseen tarkasteluun. Työn laskennallisessa osuudessa paneudun liuottimen laadun vaikutuksiin eli tutkin ketjun ominaisuuksia eri lämpötiloissa ja vuorovaikutuspotentiaaleissa. Käsittelen laajan kirjon polymeerikonformaatioita, alkaen pisaramaisista ja edeten ideaalisten ketjujen kautta vyyhtimäisiin. Välttääkseni ongelmat, joita aiheutuu polymeerien saostumisesta kiinni toisiinsa huonoissa liuottimissa, keskityn äärettömän laimeisiin liuoksiin eli tarkastelen vain yhtä vapaata ketjua eksplisiittisesti kuvatussa monomeerisessa liuottimessa. Tehdyt simulaatiot paljastavat, että valitussa mallissa liuottimen transitio kaasusta nesteeksi ja polymeerin transitio löyhäksi vyyhdeksi tapahtuvat samalla lämpötila-alueella. Tulokset osoittavat kuitenkin, että valitsemalla simulaatiolämpötila sopivasti polymeerin koko transitiota pisarasta vyyhdeksi voidaan tarkastella säätämällä vuorovaikutuspotentiaalin voimakkuutta.Description
Supervisor
Kaski, KimmoThesis advisor
Karttunen, MikkoVattulainen, Ilpo